(57)【要約】【課題】  気密封止する際の熱的な歪によるクラックの発生を抑制し、耐衝撃性の低下を抑制し、導電性接合材による短絡の危険性を低減する。【解決手段】  収納部と、圧電振動片２を搭載する段部と、段部の上部に形成された導電パッドと、前記収納部と段部を囲む堤部とを有する平面視略長方形状のセラミック多層基板１に、圧電振動片２を前記導電パッド上面に保持し、蓋体により気密封止してなる圧電振動デバイスであって、前記セラミック多層基板の長辺方向の少なくとも中央部には、前記堤部の一部を短辺方向に連結する絶縁性の架橋部１ｄが形成される。前記セラミック多層基板のうち前記段部と前記架橋部の間に第１の凹部１ｅと、前記段部の２つの導電パッドの間に第２の凹部１ｆが形成され、かつ前記圧電振動片の自由端に対応する部分には第３の凹部１ｇが形成されてなる。【選択図】  図１
2007073652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底の収納部と、当該収納部の中に形成された圧電振動片を搭載する段部と、段部の上部に並列に形成された２つの導電パッドと、前記収納部と段部を囲み上面に封止用メタライズ部が形成された堤部とを有する平面視略長方形状のセラミック多層基板に、圧電振動片の片端部側が導電性接合材を介して前記導電パッド上面に保持され、金属の蓋体により気密封止してなる圧電振動デバイスであって、
前記セラミック多層基板の長辺方向の少なくとも中央部で、収納部の中には、前記堤部の一部を短辺方向に連結する絶縁性の架橋部が形成され、
前記セラミック多層基板のうち前記段部と前記架橋部の間に第１の凹部と、前記段部の２つの導電パッドの間に第２の凹部が形成され、かつ前記圧電振動片の自由端に対応する部分には第３の凹部が形成されてなることを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項２】
前記セラミック多層基板の堤部のうち、前記架橋部と連結される部分は、封止用メタライズ部が形成された最上部分の堤部より内側に形成されてなることを特徴とする特許請求項１記載圧電振動デバイス。
【請求項３】
前記収納部と凹部の角部、前記堤部と架橋部の接続部分、および前記堤部と段部の接続部分には、各々面取部が形成されてなることを特徴とする特許請求項１、または特許請求項２記載の圧電振動デバイス。
【請求項４】
前記圧電振動片が、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなり、各脚部主面の先端部には、金属材料からなる周波数調整電極が形成された音叉型圧電振動片であることを特徴とする特許請求項１乃至３記載の圧電振動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミック多層基板を用いた圧電振動デバイスに関するものであり、特に上面に封止用メタライズ部が形成されたセラミック多層基板に対して金属の蓋体を溶接して気密封止した圧電振動デバイスの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気密封止を必要とする圧電振動デバイスの例として、水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器等があげられる。これらはいずれも水晶振動片（圧電振動片）の表面に金属薄膜電極を形成し、この金属薄膜電極を外気から保護するため、気密封止されている。
【０００３】
これら水晶応用製品は部品の表面実装化の要求から、例えば、特許文献１に示すような、パッケージとしてセラミック多層基板に気密的に収納する構成が増加しており、適切な気密封止方法を選択することにより、良好な気密性を確保することができる。このようなセラミック多層基板は全体として、中央部分に凹形の収納部の形成された直方体形状であり、収納部周囲の堤部の上面には金属シール部が形成されている。収納部内の底部には段部と、当該段部上面に形成された導電パッドが形成されており、ビアやキャスタレーションなどにより外部端子へと導かれている。当該導電パッド上に水晶振動片の片端部分が搭載され、導電性接合材により電気的機械的に接続されているとともに、蓋を被せて気密封止する。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１９９９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近においては電子機器のさらなる小型化、軽量化により、圧電振動デバイスも超小型化が求められており、これに伴い圧電振動片を収納するセラミック多層基板、および圧電振動片のサイズも小型化されている。このように構成された圧電振動デバイスでは、金属蓋を封止用メタライズ部が形成されたセラミック多層基板に対して溶接して気密封止する場合、金属蓋とセラミック多層基板の熱膨張係数の違いにより、セラミック多層基板にクラックが発生することがあった。このクラックは、セラミック多層基板の側面の中央部を基点として発生することが多く、平面視略長方形状のセラミック多層基板では短辺側よりも長辺側の中央部に発生することがほとんどであった。このような気密封止する際に発生するクラックは、封止用金属リングが介在しない状態でセラミック多層基板の封止用メタライズ部に対して金属蓋を直接溶接する構成で、かつシーム溶接やビーム溶接など局所的な溶接により気密封止する場合においてより顕著に発生する。また、音叉型圧電振動片を用いるものでは、その脚部の長さによる周波数特性の決定要因が大きく、３２．７６８ｋＨｚの周波数を得るものでは特に脚部寸法が長くなる。結果として、セラミック多層基板の長辺側の寸法制限を受けることがあるので、短辺寸法に対して長辺寸法を１．５倍以上に設計されたセラミック多層基板が多くなっている。このように短辺寸法に対して長辺寸法を１．５倍以上に設計されたセラミック多層基板では、金属蓋とセラミック多層基板の熱膨張係数の違いによる影響が強くなり、よりクラックが発生する傾向が高まっていた。さらに、このような圧電振動デバイスが搭載される回路基板の反りなどにより、セラミック多層基板に応力が加わって、セラミック多層基板の収納部の角部分にクラックが発生することもあった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、金属蓋とセラミック多層基板に気密封止する際の熱的な歪によるクラックの発生を抑制することを第１の目的としている。また、圧電振動片の片端部側が導電性接合材を介してセラミック多層基板に保持されたものにおいて、耐衝撃性の低下を抑制し、導電性接合材による短絡の危険性を低減することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明の圧電振動デバイスでは、有底の収納部と、当該収納部の中に形成された圧電振動片を搭載する段部と、段部の上部に並列に形成された２つの導電パッドと、前記収納部と段部を囲み上面に封止用メタライズ部が形成された堤部とを有する平面視略長方形状のセラミック多層基板に、圧電振動片の片端部側が導電性接合材を介して前記導電パッド上面に保持され、金属の蓋体により気密封止してなる圧電振動デバイスであって、前記セラミック多層基板の長辺方向の少なくとも中央部で、収納部の中には、前記堤部の一部を短辺方向に連結する絶縁性の架橋部が形成され、前記セラミック多層基板のうち前記段部と前記架橋部の間に第１の凹部と、前記段部の２つの導電パッドの間に第２の凹部が形成され、かつ前記圧電振動片の自由端に対応する部分には第３の凹部が形成されてなることを特徴とする。
【０００８】
また、上記構成に加えて、前記セラミック多層基板の堤部のうち、前記架橋部と連結される部分は、封止用メタライズ部が形成された最上部分の堤部より内側に形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
また、上記構成に加えて、前記収納部と凹部の角部、前記堤部と架橋部の接続部分、および前記堤部と段部の接続部分には、各々面取部が形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
また、上記構成に加えて、前記圧電振動片が、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなり、各脚部主面の先端部には、金属材料からなる周波数調整電極が形成された音叉型圧電振動片であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の特許請求項１によれば、平面視略長方形状のセラミック多層基板の長辺方向の少なくとも中央部には、前記堤部の一部を短辺方向に連結する絶縁性の架橋部が形成されているので、気密封止する際に熱的歪が集中するセラミック多層基板の長辺方向の中央部での機械的な曲げ強度が補強されて、クラックの発生を飛躍的に抑制することができ、圧電振動片の自由端側が撓んで架橋部に当接しても短絡することが一切なくなる。特に、このようなクラックの抑制は、セラミック多層基板の封止用メタライズ部に対して金属蓋を直接溶接する構成で、短辺寸法に対して長辺寸法を１．５倍以上に設計されたセラミック多層基板に対して顕著な効果がある。
【００１２】
また、架橋部が形成され、前記セラミック多層基板のうち前記段部と前記架橋部の間に第１の凹部と前記圧電振動片の自由端に対応する部分には第３の凹部が形成されているので、セラミック多層基板の堤部にかかる応力が、セラミック多層基板の全体で１つの大きな凹形状を構成する場合に比べて、第１の凹部と第３の凹部の２箇所の小さな凹形状を構成することで、より分散され、パッケージ強度が向上する。
【００１３】
また、セラミック多層基板のうち前記段部と前記架橋部の間に第１の凹部が形成されているので、圧電振動片の自由端側に向かって延長して導電性接合材が流れ出し塗布されることがなくなり、圧電振動片の振動を阻害することがなくなる。前記段部の２つの導電パッドの間に第２の凹部が形成されているので、段部の上部に並列に形成された２つの導電パッド間での導電性接合材による短絡の問題が一切なくなる。このような第１の凹部や第２の凹部は、小型化された圧電振動デバイスに特に有効であり、圧電振動デバイスの小型化を促進するものである。前記セラミック多層基板のうち圧電振動片の自由端に対応する部分には、第３の凹部が形成されているので、圧電振動片の自由端の先端部が撓んでセラミック多層基板に当接することがなく、落下などの衝撃を受けた場合に圧電振動片の割れや欠けが発生することがない。
【００１４】
以上のように、本発明では、金属蓋とセラミック多層基板に気密封止する際の熱的な歪によるクラックの発生を抑制するとともに、導電性接合材の流れ出しによって圧電振動片の振動を阻害することや導電パッド間で短絡することが一切なくなり、かつ耐衝撃性の低下を抑制することができる。
【００１５】
次に、図６に示すような、従来と本発明の圧電振動デバイスの各形態について、シーム封止した場合のクラック発生率を示す。各圧電振動デバイスにおけるクラックの発生は、目視により確認している。なお、各圧電振動デバイスの共通条件として、セラミック多層基板は、外形サイズを１．５ｍｍ*３．２ｍｍとし、堤部幅寸法０．３ｍｍ、封止用メタライズ層として、タングステン層上にニッケルメッキ層と金メッキ層を形成したものを使用し、金属蓋は、コバールからなる母材に銀ロー層とニッケルメッキ層が形成されたものを使用した。以下、各圧電振動デバイスの相違点とクラック発生率について示す。
【００１６】
図６（ａ）の圧電振動デバイスは、従来タイプ１を示し、収納部に段部のみを構成したものである。検証サンプル４０００個に対して４個のサンプルにクラックが発生しており、クラック発生率として０．１％となった。図６（ｂ）の圧電振動デバイスは、従来タイプ２を示し、前記従来タイプ１に対して段部に第２の凹部を構成したものである。検証サンプル４０００個に対して２個のサンプルにクラックが発生しており、クラック発生率として０．０５％となった。図６（ｃ）の圧電振動デバイスは、本発明タイプを示し、収納部に段部と、架橋部を構成し、第１の凹部、第２の凹部、第３の凹部を構成したものである。検証サンプル４０００個に対してはクラックが発生しておらず、クラック発生率として０％となった。
【００１７】
以上の検証結果から、架橋部と第１〜第３の凹部が組み合わされた本発明の圧電振動デバイスが極めてクラックの抑制効果が高いことがわかる。
【００１８】
本発明の特許請求項２によれば、上述の作用効果に加え、前記セラミック多層基板の堤部のうち、前記架橋部と連結される部分は、封止用メタライズ部が形成された最上部分の堤部より内側に形成されているので、セラミック多層基板の積層ズレの影響なくして架橋部による安定した機械的な曲げ強度の補強が得られる。
【００１９】
本発明の特許請求項３によれば、上述の作用効果に加え、前記収納部と凹所の角部、前記堤部と架橋部の接続部分、および前記堤部と段部の接続部分には、各々面取部が形成されているので、圧電振動デバイスが搭載される回路基板の反りなどにより、セラミック多層基板に応力が加わっても、角部分のクラックの発生を抑制することができる。
【００２０】
本発明の特許請求項４によれば、上述の作用効果に加え、前記圧電振動片が、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなり、各脚部主面の先端部には、金属材料からなる周波数調整電極が形成された音叉型圧電振動片であるので、前記音叉型振動片の周波数調整電極が前記セラミック多層基板の第３の凹部に対応する位置に配置され、セラミック多層基板の底面部との距離を離すことができる。従って、周波数調整に伴う電極材料の飛散による悪影響を軽減することができ、特に音叉型圧電振動片用のセラミック多層基板として好ましい形態とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明による第１の実施形態について表面実装型水晶振動子を例にとり図１〜図３とともに説明する。図１は本発明の実施形態を示す平面図であり、収納部に水晶振動片（圧電振動片）を搭載した状態を示している。図２は図１に蓋をした状態のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３は図１の水晶振動片を搭載する前の平面図である。
【００２２】
表面実装型水晶振動子は、全体として直方体形状で、上部が開口した凹形の収納部１ａを有する平面視略長方形状のセラミック多層基板１と、当該セラミック多層基板の中に収納される圧電振動デバイスの素子である水晶振動片２と、パッケージの開口部に接合される金属蓋３とからなる。
【００２３】
セラミック多層基板１に収納される水晶振動片２は、音叉形状をなしており、各脚部に形成される励振電極（図示せず）と、基部に形成される各励振電極からの導出電極２１，２２、各脚部主面の先端部には周波数調整電極２３，２４が形成されている。これらの電極は、クロムや金、銀等の金属材料からなり、周波数調整電極２３，２４は、レーザービームやミーリングなどの手法により、電極の質量が減じられることで音叉型水晶振動片（音叉型圧電振動片）の周波数が調整される。
【００２４】
断面でみてセラミック多層基板１は凹形であり、平面視略方形状で有底の収納部１ａと、当該収納部の底部に形成された水晶振動片を搭載する平面視略方形状の段部１ｂ，１ｃと、前記収納部と段部を囲む堤部（側壁）１０とを有している。
【００２５】
前記各段部上面には、導電パッド１２，１３がお互いに並列の状態で形成されている。これらの導電パッド１２，１３は、積層技術を用いて形成され、タングステンやモリブデン等からなるメタライズ層と、メタライズ層上に形成される金属膜層とからなる。金属膜層は例えばメタライズ層に接してニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成される極薄の金メッキ層とからなる。
【００２６】
前記堤部１０上面には周状の封止用メタライズ部１１が形成されている。封止用メタライズ部１１は、タングステン等からなるメタライズ層と、メタライズ層上に形成される金属膜層とからなる。金属膜層は例えばメタライズ層に接してニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成される極薄の金メッキ層とからなる。
【００２７】
前記セラミック多層基板の長辺方向の中央部分には、前記堤部１０の一部を短辺方向に連結する絶縁性の架橋部１ｄが形成されている。この架橋部１ｄは、図１に示すように、前記セラミック多層基板の長辺方向の中央線Ｂ−Ｂと一部が重なるように形成していれば、機械的な曲げ強度が補強されて、クラックの発生を飛躍的に抑制することができる。特に、前記架橋部１ｄと堤部１０とは、後述する面取り部を介して連結され、堤部から徐々に幅が狭くなり、所定の幅に形成された架橋部へと連結されることになるので、機械的な曲げ強度を補強するだけでなく、この連結部分で応力集中することもなく、クラックの発生を抑制するのにより好ましい形態となる。なお、本形態の架橋部１ｄは、前記段部１ｂ，１ｃと同一のセラミック層で構成している。
【００２８】
前記セラミック多層基板１の前記段部１ｂ，１ｃと前記架橋部１ｄの間には、第１の凹部１ｅが形成され、前記セラミック多層基板１の前記段部１ｂ，１ｃの間には、第２の凹部１ｆが形成されている。前記セラミック多層基板１の水晶振動片の自由端である脚部の先端部分に対応する部分には、前記架橋部１ｄより低い第３の凹部１ｇが形成されている。このとき、前記第１の凹部１ｅと第３の凹部１ｇの平面の面積をほぼ等しく形成することで、機械的な曲げ強度バランスが保たれ、応力が集中する領域をなくすのにより好ましい形態となる。
【００２９】
前記収納部１ａと各凹部１ｅ〜１ｇの角部、前記堤部と架橋部の接続部分、および前記堤部と段部の接続部分には、各々曲率の面取部Ｒ１〜Ｒ１２が形成されている。なお、本形態では、例えば前記セラミック多層基板１の短辺寸法を１．５ｍｍとし、長辺寸法を３．２ｍｍとしており、１．５倍以上に設定している。
【００３０】
そして、水晶振動片２の導出電極２１，２２と前記導電パッド１２，１３とが、導電性接合材Ｄにより電気的機械的に接合される。導電性接合材Ｄとしては、例えば金属フィラーを介在させたシリコーン系樹脂接着剤が用いられる。このとき、水晶振動片２の基部側が導電性接合材Ｄを介して前記導電パッド１２，１３の上面に固定され、水晶振動片２の脚部側が自由端となる状態で片側保持される。
【００３１】
また、前記封止用メタライズ部１１上に前記金属蓋（図示せず）を搭載し、この状態で、図示しないシームローラにより金属蓋と封止用メタライズ部を溶融させ、気密封止する。
【００３２】
本発明の実施形態では、セラミック多層基板１の長辺方向の中央線Ｂ−Ｂと一部が重なるように、前記堤部の一部を短辺方向に連結する絶縁性の架橋部１ｄが形成されているので、気密封止する際に熱的歪が集中するセラミック多層基板の長辺方向の中央部での機械的な曲げ強度が補強されて、クラックの発生を飛躍的に抑制することができ、水晶振動片２の自由端側が撓んで絶縁性の架橋部１ｄに当接しても短絡することが一切ない。
【００３３】
また、架橋部１ｄが形成され、前記セラミック多層基板のうち前記段部１ｂ，１ｃと前記架橋部１ｄの間に第１の凹部１ｅと前記水晶振動片２の自由端に対応する部分には第３の凹部１ｇが形成されているので、セラミック多層基板の堤部にかかる応力が、セラミック多層基板の全体で１つの大きな凹形状を構成する場合に比べて、第１の凹部１ｅと第３の凹部１ｇの２箇所の小さな凹形状を構成することで、より分散され、パッケージ強度が向上する。
【００３４】
また、セラミック多層基板のうち前記段部１ｂ，１ｃと前記架橋部１ｄの間に第１の凹部１ｅが形成されているので、水晶振動片２の自由端側に向かって延長して導電性接合材Ｄが流れ出し塗布されることがなくなり、水晶振動片２の振動を阻害することがなくなる。前記段部の２つの導電パッド１２，１３の間に第２の凹部１ｆが形成されているので、２つの導電パッド間１２，１３での導電性接合材Ｄによる短絡の問題が一切なくなる。前記セラミック多層基板のうち水晶振動片２の自由端に対応する部分には、第３の凹部１ｇが形成されているので、水晶振動片２の脚部の先端部が撓んでセラミック多層基板１に当接することがなく、落下などの衝撃を受けた場合に水晶振動片の割れや欠けが発生することがない。
【００３５】
また、前記セラミック多層基板の収納部と凹所の角部、前記堤部と架橋部の接続部分、および前記堤部と段部の接続部分には、各々面取部Ｒ１〜Ｒ１２が形成されているので、圧電振動デバイスが搭載される回路基板の反りなどにより、セラミック多層基板１に応力が加わっても、角部分のクラックの発生を抑制することができる。
【００３６】
また、音叉型水晶振動片の周波数調整電極２３，２４は、前記セラミック多層基板の第３の凹部１ｇに対応する位置に配置されるので、セラミック多層基板の底面部との距離を離すことができ、周波数調整に伴う電極材料の飛散による悪影響を軽減することができる。
【００３７】
次に、本発明による他の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図４、図５とともに説明する。図４は本発明の他の実施形態を示し、水晶振動片を搭載しない状態のセラミック多層基板を示す平面図であり、図５は図４のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。本形態では上記実施形態に対して、堤部１０の形状が異なっている。基本構成は上記実施形態と同じであるので、同じ構成部分については同番号を用いて説明するとともに、一部説明を割愛する。図５に示すように、前記セラミック多層基板の堤部１０のうち、前記段部１ｂ，１ｃ、および前記架橋部１ｄと連結される堤部分１０ｂは、封止用メタライズ部が形成された最上部分の堤部１０ａより内側に張り出して形成されている。つまり、前記架橋部１ｄと連結される堤部分１０ｂは、封止用メタライズ部が形成された最上部分の堤部１０ａより幅広の状態で形成されているので、セラミック多層基板の積層ズレの影響なくして架橋部１ｄによる安定した機械的な曲げ強度の補強が得られ、クラックをなくす。
【００３８】
なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。例えば、導電性接合材としてシリコーン系の樹脂接着剤に限るものではなく、他の樹脂接着剤やはんだ材でもよく、さらに金属バンプ材でもよい。また、面取りとして曲率状のものに限らない。また、上記説明において圧電振動デバイスの例として、音叉型水晶振動片を例示したが、厚みすべり振動する方形状の水晶振動片でもよい。また、封止の方法として、シーム溶接を例にしているが、レーザーや電子ビームなどのビーム溶接による封止でもよい。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態を示す水晶振動片を搭載した状態における平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図３】図１の水晶振動片を搭載する前の平面図。
【図４】本発明の他の実施形態を示す水晶振動片を搭載する前の平面図。
【図５】図４のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図６】従来と本発明の圧電振動デバイスの各形態を示した模式図。
【符号の説明】
【００４０】
１  セラミック多層基板
１０  堤部
１１  封止用メタライズ部
２  水晶振動片（圧電振動片）
１２，１３  導電パッド
３  金属蓋（金属の蓋体）
【図１】
2007073652.tif 000003
【図２】
2007073652.tif 000004
【図３】
2007073652.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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